JP4700200B2 - 隔壁リブを用いた３極管カーボンナノチューブ電界放出素子及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、隔壁リブを用いた３極管カーボンナノチューブ電界放出素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、従来の電界放出素子の構造を概略的に示した断面図である。図１に示されたように、既存の電界放出素子は、基本的に透明な前面基板５及び背面基板１を具備し、これらの間にスペーサ８を挟んで一定の間隔を保たせるような構造をもつ。背面基板１上にはストライプ状の陰極２が形成され、その上に絶縁層３が形成される。また、その上に陰極２と交差する方向のストライプ状にゲート４が形成され、陰極２上の絶縁層３にはホール３'が形成され、このホール３'により露出された陰極２上には電子放出のためのマイクロチップ２'が形成され、ゲート４にはホール３'に対応する開口部４'が形成される。このため、マイクロチップ２'から放出された電子が陽極６の方に向けて放出可能になる。そして、前面基板５の内側の対向面上には陰極２と交差する方向のストライプ状に陽極６が形成され、陽極６上には蛍光体７が塗布される。このため、マイクロチップ２'から放出されて陽極６側に向けて進行する電子が蛍光体７にぶつかり、その結果、光を発する。
【０００３】
図２は、従来のメッシュグリッドを採用した電界放出素子の概略的な断面図である。図２に示されたように、従来のメッシュグリッドを採用した電界放出素子は、基本的には図１の電界放出素子と同様に、透明な前面基板１５及び背面基板１１を具備し、これらの間にスペーサ１８を挟んで一定の間隔を保たせるような構造をもつ。背面基板１１上にはストライプ状の陰極１２と、絶縁層１３と、陰極１２と交差する方向のストライプ状のゲート１４が順次形成される。また、陰極１２上の絶縁層１３にはホール１３'が形成され、このホール１３'により露出された陰極１２上にはマイクロチップ１２'が形成される。ゲート１４上にはホール１３'に対応する開口部１４'が形成され、前面基板１５の内側の対向面上には陰極１２と交差する方向のストライプ状に陽極１６が形成され、陽極１６上には蛍光体１７が形成される。特に、ゲート１４と陽極１６との間には、マイクロチップ１２'から放出される電子を制御する金属メッシュ構造物１９がさらに形成されている。
【０００４】
このような３極管電界放出素子を製作するに当たって、光学的エッチング方法を用いずに３極管電界放出素子の製造方法として、メッシュに電極を塗布してゲート電極として用いることが提案されている。しかし、ガラスよりなる内部が高真空を保つ電界放出素子パネルにメッシュ構造物が加えると、機械的なストレスが増大し、その結果、前面基板及び背面基板の封合中にスペーサが歪んだり、真空排気中に大気圧による前面基板及び背面基板の破損が生じたりする。すなわち、従来の電界放出素子は、メッシュ構造物及びスペーサが一体型になっているため、メッシュ構造物の熱膨張やガス流れによる捻じれによりスペーサが水平方向の力を受けることになる。このため、構造的に垂直方向の力には強いものの、水平方向の力には弱いスペーサが元の設計位置から外れたり、あるいは捻じれて垂直の大気圧に耐えられず、壊れてしまう。これは、電界放出素子パネルを製作する上で最も大きな問題となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に鑑みて成されたものであり、その目的は、メッシュ構造物及びスペーサをパネルの内部に構造的に安定的に固定するため、陰極パターン上にスクリーンプリント法により隔壁を形成し、この隔壁上にメッシュ構造物を載置することによりメッシュ構造物の熱膨張による破損や捻じれが防止できる、隔壁リブ構造物を用いた３極管カーボンナノチューブ電界放出素子及びその製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明による隔壁リブ構造物を用いた電界放出素子は、一定の間隔をあけて互いに対向配置された前面基板及び背面基板と、前記背面基板上にストライプ状に形成された陰極と、前記陰極上に一定の高さ及び間隔をもって形成されて前記陰極を一定の間隔に露出せしめる隔壁リブと、前記隔壁リブにより露出された前記陰極上に電子放出用として形成されたカーボンナノチューブと、前記隔壁リブ上に載置されているメッシュ構造物であって、前記カーボンナノチューブから放出される電子を通過させる開口部及び前記隔壁リブ間の隙間に対応する領域には切開部が形成されているメッシュ構造物と、凹凸状の棒状に形成されて前記凹凸の突出部が前記切開部を通じて前記隔壁リブの隙間に嵌合され、前記両基板間の間隔を一定に保つスペーサと、前記前面基板に前記陰極と交差する方向のストライプ状に形成された陽極と、前記陽極上に塗布された蛍光体と、を具備することを特徴とする構成とした。
【０００７】
本発明において、好ましくは、前記隔壁リブは１０〜１００μｍの高さをもって前記陰極と陽極との交差点の間に形成され、前記隔壁リブは前記陽極のブラックマトリックスに対応する領域に形成される。 また、好ましくは、前記メッシュ構造物は絶縁体から形成され、その上面に前記陰極と交差する方向のストライプ状のゲートが形成される。
【０００８】
また、本発明において、好ましくは、前記メッシュ構造物は導電性物質から形成されて全体が共通電極により結線される。また、前記メッシュ構造物の開口部の大きさは前記陰極と陽極とが交差する地点の交差面積により決定される。また、好ましくは、前記スペーサにおいて、凹凸の陰極側の突出部の幅は、前記隔壁リブの間隔よりも約５〜１０μｍ狭く形成される。
【０００９】
また、前記目的を達成するために、本発明による隔壁リブ構造物を用いた電界放出素子の製造方法は、一定の間隔をあけて互いに対向配置された前面基板及び背面基板と、前記背面基板上にストライプ状に形成された陰極と、前記陰極上に一定の高さ及び間隔をもって形成され、前記陰極を一定の間隔に露出せしめる隔壁リブと、前記隔壁リブにより露出された前記陰極上に電子放出用として形成されたカーボンナノチューブと、前記隔壁リブ上に載置されているメッシュ構造物であって、前記カーボンナノチューブから放出される電子を通過させる開口部及び前記隔壁リブ間の隙間に対応する領域には切開部が形成されているメッシュ構造物と、凹凸状の棒状に形成されて前記凹凸の突出部が前記切開部を通じて前記隔壁リブの隙間に嵌合され、前記両基板間の間隔を一定に保つスペーサと、前記前面基板に前記陰極と交差する方向のストライプ状に形成された陽極と、前記陽極上に塗布された蛍光体と、を具備する隔壁リブを用いたカーボンナノチューブ電界放出素子の製造方法において、（ａ）前記ストライプ状の陰極が形成された背面基板上に隔壁リブを形成する段階と、（ｂ）前記隔壁リブ間の陰極上にカーボンナノチューブを蒸着して電子放出源を形成する段階と、（ｃ）前記メッシュ構造物を製作して前記隔壁リブ上に載置する段階と、（ｄ）前記スペーサを製作して前記メッシュ構造物の切開部を通じて前記隔壁リブ間の隙間に嵌め込む段階と、（ｅ）前記蛍光体の塗布された陽極が配置された前面基板を前記陽極が精度良く整列されるように前記スペーサ上に載置し、封合工程を施す段階と、を含むことを特徴とする。
【００１０】
本発明において、好ましくは、前記（ａ）段階において、前記隔壁リブは１０〜１００μｍの高さをもって形成される。また、好ましくは、前記（ｂ）段階は、スクリーンプリント法、化学気相蒸着法、電気泳動法及び陽極酸化アルミナシート陰極法のうちいずれか一つの方法により行われる。また、好ましくは、前記（ｃ）段階において、前記メッシュ構造物は絶縁体から形成され、前記メッシュ構造物の上面に前記陰極と交差する方向のストライプ状のゲートを形成する段階をさらに含む。あるいは、好ましくは、前記メッシュ構造物は導電性物質から形成され、前記（ｃ）段階において、前記メッシュ構造物の開口部の大きさは前記陰極と陽極とが交差する地点の交差面積により決定される。また、好ましくは、前記（ｄ）段階において、前記スペーサの凹凸の陰極側の突出部の幅は、前記隔壁リブの間隔よりも約５〜１０μｍ狭く形成され、前記隔壁リブ、メッシュ構造物の開口部及び切開部、スペーサの凹凸の突出部の規格がマッチングされるように形成して前記前面基板、メッシュ構造物及びスペーサが自動整列により組立てられるようにする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面に基づき、本発明による隔壁リブ構造物を用いた電界放出素子及びその製造方法について詳細に説明する。
図３ないし図５を参照すると、本発明による隔壁リブ構造物を用いた３極管カーボンナノチューブ電界放出素子は、基本的には透明な前面基板１５０及び背面基板１１０を具備し、これらの間にスペーサ１８０を挟んで一定の間隔を保たせるような構造をもつ。背面基板１１０上にはストライプ状の陰極１２０が形成され、この陰極１２０上に抵抗層１２５が形成され、この抵抗層１２５上に一定の間隔に電子を放出せしめるためのカーボンナノチューブ１２１及びメッシュ構造物１９０を載置するための隔壁リブ構造物１３０が形成される。メッシュ構造物１９０上には陰極１２０と交差する方向のストライプ状にゲート１４０が形成される。カーボンナノチューブ１２１に対応する領域上のストライプ状のゲート１４０が形成されたメッシュ構造物１９０にはドット状の開口部１４５が形成されて、カーボンナノチューブ１２１から放出された電子を陽極１６０側に放出せしめる。また、メッシュ構造物１９０のゲート１４０ラインが形成された領域以外の領域には、図４に示されたように、スペーサ１８０の突出部が挿入される切開部１９５が形成される。また、前面基板１５０の内側の対向面上には陰極１２０と交差する方向のストライプ状に陽極１６０が形成され、陽極１６０上には蛍光体層１７０が形成される。
【００１２】
このような構造は、メッシュ構造物１９０を背面基板１１０から一定距離あけて支持し、図４に示されたように、スペーサ１８０の水平移動を制御すべき隔壁リブ１３０を背面基板１１０に厚膜工程を用いて塗布する点、メッシュ構造物１９０を隔壁リブ１３０上にほかの接着剤なしに載置する点及びメッシュ構造物１９０の切開部１９５を介して挿入されたスペーサ１８０の突出部を隔壁リブ１３０間に嵌め込んで水平移動を無くす点にその特徴がある。
【００１３】
図５は、メッシュ構造物の構造を示した斜視図である。メッシュ構造物１９０は非導電性絶縁体から形成され、その上にストライプ状の帯状にゲート１４０ラインが形成され、ドット状の開口部１４５の大きさは、陰極１２０と陽極１６０とが交差する地点のドットの大きさに基づき決定される。また、図５に示されたように、メッシュ構造物１９０には、スペーサ１８０の凹凸が嵌合される切開部１９５が別設される。スペーサ１８０は、電界放出素子スペーサの製作に一般に用いられる物質が用いられ、その構造は、図４に示されたように、上段及び下段に凹凸が形成されている。陰極１２０側の凹凸の形状は、メッシュ構造物１９０の切開部１９５を通過した後に隔壁リブ１３０にちょうど嵌合されるように製作される。このとき、隔壁リブ１３０間の距離から僅かな公差（約５〜１０μｍ）をおいて僅かな水平移動を認めることにより、封合や排気中のストレスを低減できる。陽極１６０側の凹凸の形状は、蛍光体１７０を妨げない既存の電界放出素子スペーサと同様にする。図５のＡ-Ａ′線に沿って切り取った部分の断面が、図３中の部材番号１４０及び１９０にて表示されている。図６は、陰極１２０と、カーボンナノチューブ１２１と、隔壁リブ１３０とが形成された背面基板１１０上に、スペーサ１８０及びメッシュ構造物１９０が結合されたことを示した斜視図である。このような構造の結合体に、陽極及び蛍光体が形成された前面基板を結合させると、本発明による電界放出素子が完成される。以下、その製造方法について説明する。
【００１４】
先ず、図７（Ａ）（Ｂ）に示されたように、ストライプ状の陰極１２０及び抵抗層１２５が形成された背面基板１１０に、図８（Ａ）（Ｂ）に示されたように、厚膜工程を用いて約２０〜４０μｍの隔壁リブ１３０を印刷した後に、焼成工程を施す。隔壁リブ１３０は抵抗層１２５上に形成され、隔壁リブ１３０の間隔は表示パネルの解像度によって陰極と陽極との交差点に該当する領域に形成される。
【００１５】
次に、図９（Ａ）（Ｂ）に示されたように、隔壁リブ１３０間の抵抗層１２５上にカーボンナノチューブ１２１を蒸着して電子放出源を形成し、全ての電子放出特性の向上のための作業を終える。このようなカーボンナノチューブの蒸着方法としては、スクリーンプリント法、化学気相蒸着法、電気泳動法及び陽極酸化アルミナシート陰極法など、各種の方法がある。このようなカーボンナノチューブの蒸着方法については、図１２ないし図１５に基づき後述する。
【００１６】
次に、図１０（Ａ）（Ｂ）に示されたように、ストライプ状のゲート１４０が形成されているメッシュ構造物１９０を隔壁リブ上に載置する。このとき、メッシュ構造物１９０のゲートラインは、陰極ラインと直交せしめ、後でアドレッシング可能にする。次に、図１０Ａ及び図１０Ｃに示されたように、スペーサ１８０をメッシュ構造物１９０の切開部１９５を介して隔壁リブ１３０の間に挟み込む。これらの過程により、背面基板の陰極１２０ラインと、メッシュ構造物１９０及びスペーサ１８０間の整列が自動でなされる。したがって、メッシュ構造物１９０と陰極１２０ラインとの精度良い整列は不要である。メッシュ構造物１９０の切開部１９５の大きさは、陰極と陽極とが交差する地点の大きさに基づき決定される。また、好ましくは、メッシュ構造物１９０にスペーサ１８０の凹凸が嵌合される切開部１９５は、前もって別途に形成しておく。
【００１７】
次に、図１１（Ａ）（Ｂ）に示されたように、蛍光体１７０の塗布された陽極１６０が精度良く整列されるように、前面基板１５０をスペーサ１８０上に載置し、クリップを使って固定した状態で封合工程を施す。これにより、素子が完成される。
【００１８】
一方、カーボンナノチューブの蒸着法について詳述すると、以下の通りである。
１．スクリーンプリント法は、図１２に示されたように、隔壁リブが形成された基板上の抵抗層上にカーボンナノチューブが含まれたペーストをスクリーンプリントした後に、焼成する方法である。
２．化学気相蒸着（ＣＶＤ）法は、図１３（Ａ）に示されたように、隔壁リブの形成された基板の抵抗層上にシード層をレーザー干渉リソグラフィ法により形成した後、図１３（Ｂ）に示されたように、カーボンナノチューブをシード層上に成長させる方法である。
３．電気泳動法は、図１４（Ａ）に示されたように、隔壁リブの形成された基板の抵抗層上に電極を形成した後、図１４（Ｂ）に示されたように、これをカーボンナノチューブが含まれたコロイド溶液中に入れ、電極に電圧を印加してカーボンナノチューブを付着する方法である。
４．陽極酸化アルミナシート陰極法は、図１５（Ａ）に示されたように、陽極酸化された多孔質のアルミナシートを用い、図１５（Ｂ）に示されたように、熱化学気相蒸着法により蒸着を行ってカーボンナノチューブを成長させて背面電極を形成した後に、図１５（Ｃ）に示されたように、陽極アルミナシートを隔壁リブの間に物理的に挟み込んで隔壁リブの間の抵抗層上に挿入する。
【００１９】
【発明の効果】
以上述べたように、隔壁リブを用いた３極管カーボンナノチューブ電界放出素子は、メッシュ構造物及びスペーサをパネルの内部に構造的に安定的に固定するために、陰極ライン上にスクリーンプリント法により隔壁を形成し、この隔壁上にメッシュ構造物を載置した後に、スペーサをメッシュ構造物の切開部を通じて隔壁リブの間に挟み込むことにより、隔壁により支持される構造をもつ。これにより、隔壁リブによりスペーサの位置移動が抑えられるので、画面の歪みが防止できる。そのほかにも、下記のような長所がある。
第一に、メッシュ構造物の熱膨張係数によるスペーサの反りを抑えて、垂直方向の力に有効に対応できる。
第二に、メッシュ構造物及びスペーサが陰極及び陽極の構造を考慮して製作されるので、相対的にメッシュ構造物及びスペーサの陰極及び陽極に対する整列が不要である。
第三に、ＣＶＤ法、スクリーンプリント法、電気泳動法、陽極酸化アルミナシート法など、各種の方法により製作されるカーボンナノチューブを背面基板に適用できる。
第四に、メッシュ構造物の電極締結方法、隔壁リブ形成方法、カーボンナノチューブ形成方法など、既に定立されている技術を実際の素子に適用できる。
第五に、ガスの流れに影響しないようにスペーサを配置できる。
第六に、相対的に既存の３極管以上の効果を発揮できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の電界放出素子の構造を概略的に示した断面図である。
【図２】従来のメッシュグリッドを採用した電界放出素子の概略的な断面図である。
【図３】本発明による隔壁リブ構造物を用いた電界放出素子の垂直断面図である。
【図４】図３のスペーサ構造を詳細に示した斜視図である。
【図５】図３のメッシュ構造物の構造を詳細に示した斜視図である。
【図６】図３の電界放出素子において、背面基板にメッシュ構造物及びスペーサを結合した形状を示した切開斜視図である。
【図７】（Ａ）（Ｂ）図３の電界放出素子を製作する方法を工程段階別に示した平面図及び断面図である。
【図８】（Ａ）（Ｂ）図３の電界放出素子を製作する方法を工程段階別に示した平面図及び断面図である。
【図９】（Ａ）（Ｂ）図３の電界放出素子を製作する方法を工程段階別に示した平面図及び断面図である。
【図１０】（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）図３の電界放出素子を製作する方法を工程段階別に示した平面図及び断面図である。
【図１１】（Ａ）（Ｂ）図３の電界放出素子を製作する方法を工程段階別に示した平面図及び断面図である。
【図１２】図３の電界放出素子において、カーボンナノチューブを蒸着する方法を説明するための図である。
【図１３】（Ａ）（Ｂ）図３の電界放出素子において、カーボンナノチューブを蒸着する方法を説明するための図である。
【図１４】（Ａ）（Ｂ）図３の電界放出素子において、カーボンナノチューブを蒸着する方法を説明するための図である。
【図１５】（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）図３の電界放出素子において、カーボンナノチューブを蒸着する方法を説明するための図である。
【発明の属する技術分野】
本発明は、隔壁リブを用いた３極管カーボンナノチューブ電界放出素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、従来の電界放出素子の構造を概略的に示した断面図である。図１に示されたように、既存の電界放出素子は、基本的に透明な前面基板５及び背面基板１を具備し、これらの間にスペーサ８を挟んで一定の間隔を保たせるような構造をもつ。背面基板１上にはストライプ状の陰極２が形成され、その上に絶縁層３が形成される。また、その上に陰極２と交差する方向のストライプ状にゲート４が形成され、陰極２上の絶縁層３にはホール３'が形成され、このホール３'により露出された陰極２上には電子放出のためのマイクロチップ２'が形成され、ゲート４にはホール３'に対応する開口部４'が形成される。このため、マイクロチップ２'から放出された電子が陽極６の方に向けて放出可能になる。そして、前面基板５の内側の対向面上には陰極２と交差する方向のストライプ状に陽極６が形成され、陽極６上には蛍光体７が塗布される。このため、マイクロチップ２'から放出されて陽極６側に向けて進行する電子が蛍光体７にぶつかり、その結果、光を発する。
【０００３】
図２は、従来のメッシュグリッドを採用した電界放出素子の概略的な断面図である。図２に示されたように、従来のメッシュグリッドを採用した電界放出素子は、基本的には図１の電界放出素子と同様に、透明な前面基板１５及び背面基板１１を具備し、これらの間にスペーサ１８を挟んで一定の間隔を保たせるような構造をもつ。背面基板１１上にはストライプ状の陰極１２と、絶縁層１３と、陰極１２と交差する方向のストライプ状のゲート１４が順次形成される。また、陰極１２上の絶縁層１３にはホール１３'が形成され、このホール１３'により露出された陰極１２上にはマイクロチップ１２'が形成される。ゲート１４上にはホール１３'に対応する開口部１４'が形成され、前面基板１５の内側の対向面上には陰極１２と交差する方向のストライプ状に陽極１６が形成され、陽極１６上には蛍光体１７が形成される。特に、ゲート１４と陽極１６との間には、マイクロチップ１２'から放出される電子を制御する金属メッシュ構造物１９がさらに形成されている。
【０００４】
このような３極管電界放出素子を製作するに当たって、光学的エッチング方法を用いずに３極管電界放出素子の製造方法として、メッシュに電極を塗布してゲート電極として用いることが提案されている。しかし、ガラスよりなる内部が高真空を保つ電界放出素子パネルにメッシュ構造物が加えると、機械的なストレスが増大し、その結果、前面基板及び背面基板の封合中にスペーサが歪んだり、真空排気中に大気圧による前面基板及び背面基板の破損が生じたりする。すなわち、従来の電界放出素子は、メッシュ構造物及びスペーサが一体型になっているため、メッシュ構造物の熱膨張やガス流れによる捻じれによりスペーサが水平方向の力を受けることになる。このため、構造的に垂直方向の力には強いものの、水平方向の力には弱いスペーサが元の設計位置から外れたり、あるいは捻じれて垂直の大気圧に耐えられず、壊れてしまう。これは、電界放出素子パネルを製作する上で最も大きな問題となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に鑑みて成されたものであり、その目的は、メッシュ構造物及びスペーサをパネルの内部に構造的に安定的に固定するため、陰極パターン上にスクリーンプリント法により隔壁を形成し、この隔壁上にメッシュ構造物を載置することによりメッシュ構造物の熱膨張による破損や捻じれが防止できる、隔壁リブ構造物を用いた３極管カーボンナノチューブ電界放出素子及びその製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明による隔壁リブ構造物を用いた電界放出素子は、一定の間隔をあけて互いに対向配置された前面基板及び背面基板と、前記背面基板上にストライプ状に形成された陰極と、前記陰極上に一定の高さ及び間隔をもって形成されて前記陰極を一定の間隔に露出せしめる隔壁リブと、前記隔壁リブにより露出された前記陰極上に電子放出用として形成されたカーボンナノチューブと、前記隔壁リブ上に載置されているメッシュ構造物であって、前記カーボンナノチューブから放出される電子を通過させる開口部及び前記隔壁リブ間の隙間に対応する領域には切開部が形成されているメッシュ構造物と、凹凸状の棒状に形成されて前記凹凸の突出部が前記切開部を通じて前記隔壁リブの隙間に嵌合され、前記両基板間の間隔を一定に保つスペーサと、前記前面基板に前記陰極と交差する方向のストライプ状に形成された陽極と、前記陽極上に塗布された蛍光体と、を具備することを特徴とする構成とした。
【０００７】
本発明において、好ましくは、前記隔壁リブは１０〜１００μｍの高さをもって前記陰極と陽極との交差点の間に形成され、前記隔壁リブは前記陽極のブラックマトリックスに対応する領域に形成される。 また、好ましくは、前記メッシュ構造物は絶縁体から形成され、その上面に前記陰極と交差する方向のストライプ状のゲートが形成される。
【０００８】
また、本発明において、好ましくは、前記メッシュ構造物は導電性物質から形成されて全体が共通電極により結線される。また、前記メッシュ構造物の開口部の大きさは前記陰極と陽極とが交差する地点の交差面積により決定される。また、好ましくは、前記スペーサにおいて、凹凸の陰極側の突出部の幅は、前記隔壁リブの間隔よりも約５〜１０μｍ狭く形成される。
【０００９】
また、前記目的を達成するために、本発明による隔壁リブ構造物を用いた電界放出素子の製造方法は、一定の間隔をあけて互いに対向配置された前面基板及び背面基板と、前記背面基板上にストライプ状に形成された陰極と、前記陰極上に一定の高さ及び間隔をもって形成され、前記陰極を一定の間隔に露出せしめる隔壁リブと、前記隔壁リブにより露出された前記陰極上に電子放出用として形成されたカーボンナノチューブと、前記隔壁リブ上に載置されているメッシュ構造物であって、前記カーボンナノチューブから放出される電子を通過させる開口部及び前記隔壁リブ間の隙間に対応する領域には切開部が形成されているメッシュ構造物と、凹凸状の棒状に形成されて前記凹凸の突出部が前記切開部を通じて前記隔壁リブの隙間に嵌合され、前記両基板間の間隔を一定に保つスペーサと、前記前面基板に前記陰極と交差する方向のストライプ状に形成された陽極と、前記陽極上に塗布された蛍光体と、を具備する隔壁リブを用いたカーボンナノチューブ電界放出素子の製造方法において、（ａ）前記ストライプ状の陰極が形成された背面基板上に隔壁リブを形成する段階と、（ｂ）前記隔壁リブ間の陰極上にカーボンナノチューブを蒸着して電子放出源を形成する段階と、（ｃ）前記メッシュ構造物を製作して前記隔壁リブ上に載置する段階と、（ｄ）前記スペーサを製作して前記メッシュ構造物の切開部を通じて前記隔壁リブ間の隙間に嵌め込む段階と、（ｅ）前記蛍光体の塗布された陽極が配置された前面基板を前記陽極が精度良く整列されるように前記スペーサ上に載置し、封合工程を施す段階と、を含むことを特徴とする。
【００１０】
本発明において、好ましくは、前記（ａ）段階において、前記隔壁リブは１０〜１００μｍの高さをもって形成される。また、好ましくは、前記（ｂ）段階は、スクリーンプリント法、化学気相蒸着法、電気泳動法及び陽極酸化アルミナシート陰極法のうちいずれか一つの方法により行われる。また、好ましくは、前記（ｃ）段階において、前記メッシュ構造物は絶縁体から形成され、前記メッシュ構造物の上面に前記陰極と交差する方向のストライプ状のゲートを形成する段階をさらに含む。あるいは、好ましくは、前記メッシュ構造物は導電性物質から形成され、前記（ｃ）段階において、前記メッシュ構造物の開口部の大きさは前記陰極と陽極とが交差する地点の交差面積により決定される。また、好ましくは、前記（ｄ）段階において、前記スペーサの凹凸の陰極側の突出部の幅は、前記隔壁リブの間隔よりも約５〜１０μｍ狭く形成され、前記隔壁リブ、メッシュ構造物の開口部及び切開部、スペーサの凹凸の突出部の規格がマッチングされるように形成して前記前面基板、メッシュ構造物及びスペーサが自動整列により組立てられるようにする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面に基づき、本発明による隔壁リブ構造物を用いた電界放出素子及びその製造方法について詳細に説明する。
図３ないし図５を参照すると、本発明による隔壁リブ構造物を用いた３極管カーボンナノチューブ電界放出素子は、基本的には透明な前面基板１５０及び背面基板１１０を具備し、これらの間にスペーサ１８０を挟んで一定の間隔を保たせるような構造をもつ。背面基板１１０上にはストライプ状の陰極１２０が形成され、この陰極１２０上に抵抗層１２５が形成され、この抵抗層１２５上に一定の間隔に電子を放出せしめるためのカーボンナノチューブ１２１及びメッシュ構造物１９０を載置するための隔壁リブ構造物１３０が形成される。メッシュ構造物１９０上には陰極１２０と交差する方向のストライプ状にゲート１４０が形成される。カーボンナノチューブ１２１に対応する領域上のストライプ状のゲート１４０が形成されたメッシュ構造物１９０にはドット状の開口部１４５が形成されて、カーボンナノチューブ１２１から放出された電子を陽極１６０側に放出せしめる。また、メッシュ構造物１９０のゲート１４０ラインが形成された領域以外の領域には、図４に示されたように、スペーサ１８０の突出部が挿入される切開部１９５が形成される。また、前面基板１５０の内側の対向面上には陰極１２０と交差する方向のストライプ状に陽極１６０が形成され、陽極１６０上には蛍光体層１７０が形成される。
【００１２】
このような構造は、メッシュ構造物１９０を背面基板１１０から一定距離あけて支持し、図４に示されたように、スペーサ１８０の水平移動を制御すべき隔壁リブ１３０を背面基板１１０に厚膜工程を用いて塗布する点、メッシュ構造物１９０を隔壁リブ１３０上にほかの接着剤なしに載置する点及びメッシュ構造物１９０の切開部１９５を介して挿入されたスペーサ１８０の突出部を隔壁リブ１３０間に嵌め込んで水平移動を無くす点にその特徴がある。
【００１３】
図５は、メッシュ構造物の構造を示した斜視図である。メッシュ構造物１９０は非導電性絶縁体から形成され、その上にストライプ状の帯状にゲート１４０ラインが形成され、ドット状の開口部１４５の大きさは、陰極１２０と陽極１６０とが交差する地点のドットの大きさに基づき決定される。また、図５に示されたように、メッシュ構造物１９０には、スペーサ１８０の凹凸が嵌合される切開部１９５が別設される。スペーサ１８０は、電界放出素子スペーサの製作に一般に用いられる物質が用いられ、その構造は、図４に示されたように、上段及び下段に凹凸が形成されている。陰極１２０側の凹凸の形状は、メッシュ構造物１９０の切開部１９５を通過した後に隔壁リブ１３０にちょうど嵌合されるように製作される。このとき、隔壁リブ１３０間の距離から僅かな公差（約５〜１０μｍ）をおいて僅かな水平移動を認めることにより、封合や排気中のストレスを低減できる。陽極１６０側の凹凸の形状は、蛍光体１７０を妨げない既存の電界放出素子スペーサと同様にする。図５のＡ-Ａ′線に沿って切り取った部分の断面が、図３中の部材番号１４０及び１９０にて表示されている。図６は、陰極１２０と、カーボンナノチューブ１２１と、隔壁リブ１３０とが形成された背面基板１１０上に、スペーサ１８０及びメッシュ構造物１９０が結合されたことを示した斜視図である。このような構造の結合体に、陽極及び蛍光体が形成された前面基板を結合させると、本発明による電界放出素子が完成される。以下、その製造方法について説明する。
【００１４】
先ず、図７（Ａ）（Ｂ）に示されたように、ストライプ状の陰極１２０及び抵抗層１２５が形成された背面基板１１０に、図８（Ａ）（Ｂ）に示されたように、厚膜工程を用いて約２０〜４０μｍの隔壁リブ１３０を印刷した後に、焼成工程を施す。隔壁リブ１３０は抵抗層１２５上に形成され、隔壁リブ１３０の間隔は表示パネルの解像度によって陰極と陽極との交差点に該当する領域に形成される。
【００１５】
次に、図９（Ａ）（Ｂ）に示されたように、隔壁リブ１３０間の抵抗層１２５上にカーボンナノチューブ１２１を蒸着して電子放出源を形成し、全ての電子放出特性の向上のための作業を終える。このようなカーボンナノチューブの蒸着方法としては、スクリーンプリント法、化学気相蒸着法、電気泳動法及び陽極酸化アルミナシート陰極法など、各種の方法がある。このようなカーボンナノチューブの蒸着方法については、図１２ないし図１５に基づき後述する。
【００１６】
次に、図１０（Ａ）（Ｂ）に示されたように、ストライプ状のゲート１４０が形成されているメッシュ構造物１９０を隔壁リブ上に載置する。このとき、メッシュ構造物１９０のゲートラインは、陰極ラインと直交せしめ、後でアドレッシング可能にする。次に、図１０Ａ及び図１０Ｃに示されたように、スペーサ１８０をメッシュ構造物１９０の切開部１９５を介して隔壁リブ１３０の間に挟み込む。これらの過程により、背面基板の陰極１２０ラインと、メッシュ構造物１９０及びスペーサ１８０間の整列が自動でなされる。したがって、メッシュ構造物１９０と陰極１２０ラインとの精度良い整列は不要である。メッシュ構造物１９０の切開部１９５の大きさは、陰極と陽極とが交差する地点の大きさに基づき決定される。また、好ましくは、メッシュ構造物１９０にスペーサ１８０の凹凸が嵌合される切開部１９５は、前もって別途に形成しておく。
【００１７】
次に、図１１（Ａ）（Ｂ）に示されたように、蛍光体１７０の塗布された陽極１６０が精度良く整列されるように、前面基板１５０をスペーサ１８０上に載置し、クリップを使って固定した状態で封合工程を施す。これにより、素子が完成される。
【００１８】
一方、カーボンナノチューブの蒸着法について詳述すると、以下の通りである。
１．スクリーンプリント法は、図１２に示されたように、隔壁リブが形成された基板上の抵抗層上にカーボンナノチューブが含まれたペーストをスクリーンプリントした後に、焼成する方法である。
２．化学気相蒸着（ＣＶＤ）法は、図１３（Ａ）に示されたように、隔壁リブの形成された基板の抵抗層上にシード層をレーザー干渉リソグラフィ法により形成した後、図１３（Ｂ）に示されたように、カーボンナノチューブをシード層上に成長させる方法である。
３．電気泳動法は、図１４（Ａ）に示されたように、隔壁リブの形成された基板の抵抗層上に電極を形成した後、図１４（Ｂ）に示されたように、これをカーボンナノチューブが含まれたコロイド溶液中に入れ、電極に電圧を印加してカーボンナノチューブを付着する方法である。
４．陽極酸化アルミナシート陰極法は、図１５（Ａ）に示されたように、陽極酸化された多孔質のアルミナシートを用い、図１５（Ｂ）に示されたように、熱化学気相蒸着法により蒸着を行ってカーボンナノチューブを成長させて背面電極を形成した後に、図１５（Ｃ）に示されたように、陽極アルミナシートを隔壁リブの間に物理的に挟み込んで隔壁リブの間の抵抗層上に挿入する。
【００１９】
【発明の効果】
以上述べたように、隔壁リブを用いた３極管カーボンナノチューブ電界放出素子は、メッシュ構造物及びスペーサをパネルの内部に構造的に安定的に固定するために、陰極ライン上にスクリーンプリント法により隔壁を形成し、この隔壁上にメッシュ構造物を載置した後に、スペーサをメッシュ構造物の切開部を通じて隔壁リブの間に挟み込むことにより、隔壁により支持される構造をもつ。これにより、隔壁リブによりスペーサの位置移動が抑えられるので、画面の歪みが防止できる。そのほかにも、下記のような長所がある。
第一に、メッシュ構造物の熱膨張係数によるスペーサの反りを抑えて、垂直方向の力に有効に対応できる。
第二に、メッシュ構造物及びスペーサが陰極及び陽極の構造を考慮して製作されるので、相対的にメッシュ構造物及びスペーサの陰極及び陽極に対する整列が不要である。
第三に、ＣＶＤ法、スクリーンプリント法、電気泳動法、陽極酸化アルミナシート法など、各種の方法により製作されるカーボンナノチューブを背面基板に適用できる。
第四に、メッシュ構造物の電極締結方法、隔壁リブ形成方法、カーボンナノチューブ形成方法など、既に定立されている技術を実際の素子に適用できる。
第五に、ガスの流れに影響しないようにスペーサを配置できる。
第六に、相対的に既存の３極管以上の効果を発揮できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の電界放出素子の構造を概略的に示した断面図である。
【図２】従来のメッシュグリッドを採用した電界放出素子の概略的な断面図である。
【図３】本発明による隔壁リブ構造物を用いた電界放出素子の垂直断面図である。
【図４】図３のスペーサ構造を詳細に示した斜視図である。
【図５】図３のメッシュ構造物の構造を詳細に示した斜視図である。
【図６】図３の電界放出素子において、背面基板にメッシュ構造物及びスペーサを結合した形状を示した切開斜視図である。
【図７】（Ａ）（Ｂ）図３の電界放出素子を製作する方法を工程段階別に示した平面図及び断面図である。
【図８】（Ａ）（Ｂ）図３の電界放出素子を製作する方法を工程段階別に示した平面図及び断面図である。
【図９】（Ａ）（Ｂ）図３の電界放出素子を製作する方法を工程段階別に示した平面図及び断面図である。
【図１０】（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）図３の電界放出素子を製作する方法を工程段階別に示した平面図及び断面図である。
【図１１】（Ａ）（Ｂ）図３の電界放出素子を製作する方法を工程段階別に示した平面図及び断面図である。
【図１２】図３の電界放出素子において、カーボンナノチューブを蒸着する方法を説明するための図である。
【図１３】（Ａ）（Ｂ）図３の電界放出素子において、カーボンナノチューブを蒸着する方法を説明するための図である。
【図１４】（Ａ）（Ｂ）図３の電界放出素子において、カーボンナノチューブを蒸着する方法を説明するための図である。
【図１５】（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）図３の電界放出素子において、カーボンナノチューブを蒸着する方法を説明するための図である。
Claims (16)
- 一定の間隔をあけて互いに対向配置された前面基板及び背面基板と、
前記背面基板上にストライプ状に形成された陰極と、
前記陰極上に一定の高さ及び間隔をもって形成されて前記陰極を一定の間隔に露出せしめる隔壁リブと、
前記隔壁リブにより露出された前記陰極上に電子放出用として形成されたカーボンナノチューブと、
前記隔壁リブ上に載置されているメッシュ構造物であって、前記カーボンナノチューブから放出される電子を通過させる開口部及び前記隔壁リブ間の隙間に対応する領域には切開部が形成されているメッシュ構造物と、
凹凸状の棒状に形成されて前記凹凸の突出部が前記切開部を通じて前記隔壁リブ間の隙間に嵌合され、前記両基板間の間隔を一定に保つスペーサと、
前記前面基板に前記陰極と交差する方向のストライプ状に形成された陽極と、
前記陽極上に塗布された蛍光体と、
を具備したことを特徴とする隔壁リブを用いたカーボンナノチューブ電界放出素子。 - 前記隔壁リブは、１０〜１００μｍの高さで形成されたことを特徴とする請求項１に記載の隔壁リブを用いたカーボンナノチューブ電界放出素子。
- 前記隔壁リブは、前記陰極と陽極との交差点の間に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の隔壁リブを用いたカーボンナノチューブ電界放出素子。
- 前記隔壁リブは、前記陽極のブラックマトリックスに対応する領域に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の隔壁リブを用いたカーボンナノチューブ電界放出素子。
- 前記メッシュ構造物は絶縁体から形成され、その上面に前記陰極と交差する方向のストライプ状のゲートが形成されたことを特徴とする請求項１に記載の隔壁リブを用いたカーボンナノチューブ電界放出素子。
- 前記メッシュ構造物は導電性物質から形成されて、全体が共通電極により結線されたことを特徴とする請求項１に記載の隔壁リブを用いたカーボンナノチューブ電界放出素子。
- 前記メッシュ構造物の開口部の大きさは、前記陰極と陽極とが交差する地点の交差面積により決定されることを特徴とする請求項１に記載の隔壁リブを用いたカーボンナノチューブを用いた電界放出素子。
- 前記スペーサにおいて、凹凸の陰極側の突出部の幅は、前記隔壁リブの間隔よりも約５〜１０μｍ狭く形成されたことを特徴とする請求項１に記載の隔壁リブを用いたカーボンナノチューブ電界放出素子。
- 一定の間隔をあけて互いに対向配置された前面基板及び背面基板と、前記背面基板上にストライプ状に形成された陰極と、前記陰極上に一定の高さ及び間隔をもって形成されて前記陰極を一定の間隔に露出せしめる隔壁リブと、前記隔壁リブにより露出された前記陰極上に電子放出用として形成されたカーボンナノチューブと、
前記隔壁リブ上に載置されているメッシュ構造物であって、前記カーボンナノチューブから放出される電子を通過させる開口部及び前記隔壁リブ間の隙間に対応する領域には切開部が形成されているメッシュ構造物と、凹凸状の棒状に形成されて前記凹凸の突出部が前記切開部を通じて前記隔壁リブ間の隙間に嵌合され、前記両基板間の間隔を一定に保つスペーサと、前記前面基板に前記陰極と交差する方向のストライプ状に形成された陽極と、前記陽極上に塗布された蛍光体と、を具備した隔壁リブを用いたカーボンナノチューブ電界放出素子の製造方法において、
（ａ）前記ストライプ状の陰極が形成された背面基板上に隔壁リブを形成する段階と、
（ｂ）前記隔壁リブ間の陰極上にカーボンナノチューブを蒸着して電子放出源を形成する段階と、
（ｃ）前記メッシュ構造物を製作して前記隔壁リブ上に載置する段階と、
（ｄ）前記スペーサを製作して前記メッシュ構造物の切開部を通じて前記隔壁リブ間の隙間に嵌め込む段階と、
（ｅ）前記蛍光体の塗布された陽極が配置された前面基板を前記陽極が精度良く整列されるように前記スペーサ上に載置し、封合工程を施す段階と、
を含むことを特徴とする隔壁リブを用いたカーボンナノチューブ電界放出素子の製造方法。 - 前記（ａ）段階において、前記隔壁リブは、１０〜１００μｍの高さをもって形成することを特徴とする請求項９に記載の隔壁リブを用いたカーボンナノチューブ電界放出素子の製造方法。
- 前記（ｂ）段階は、スクリーンプリント法、化学気相蒸着法、電気泳動法及び陽極酸化アルミナシート陰極法のうちいずれか一つの方法により行われることを特徴とする請求項９に記載の隔壁リブを用いたカーボンナノチューブ電界放出素子の製造方法。
- 前記（ｃ）段階において、前記メッシュ構造物は絶縁体から形成され、前記メッシュ構造物の上面に前記陰極と交差する方向のストライプ状のゲートを形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の隔壁リブを用いたカーボンナノチューブ電界放出素子の製造方法。
- 前記（ｃ）段階において、前記メッシュ構造物は、導電性物質から形成されることを特徴とする請求項９に記載の隔壁リブを用いたカーボンナノチューブ電界放出素子の製造方法。
- 前記（ｃ）段階において、前記メッシュ構造物の開口部の大きさは、前記陰極と陽極とが交差する地点の交差面積によって決定されることを特徴とする請求項９に記載の隔壁リブを用いたカーボンナノチューブ電界放出素子の製造方法。
- 前記（ｄ）段階において、前記スペーサの凹凸の陰極側の突出部の幅は、前記隔壁リブの間隔よりも約５〜１０μｍ狭く形成されることを特徴とする請求項９に記載の隔壁リブを用いたカーボンナノチューブ電界放出素子の製造方法。
- 前記隔壁リブ、メッシュ構造物の開口部及び切開部、スペーサで凹凸の突出部の規格がマッチングされるように形成して、前記前面基板、メッシュ構造物及びスペーサが自動整列により組立てられるようにすることを特徴とする請求項９に記載の隔壁リブを用いたカーボンナノチューブ電界放出素子の製造方法。
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